DE10207031B4

DE10207031B4 - Verfahren und Gesamtverbundwerkzeug zum Tiefziehen von Hohlkörpern

Info

Publication number: DE10207031B4
Application number: DE2002107031
Authority: DE
Original assignee: Reitter Gerd Dipl-Ing (fh)
Current assignee: REITTER, GERD, DIPL.-ING. (FH), 75015 BRETTEN, DE
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2022-02-21
Also published as: DE10207031A1

Abstract

Verfahren zum Tiefziehen eines Formteils mit einem Gesamtverbundwerkzeug, zu einem nicht zylindrischen bzw. teilweise unzylindrischen Hohlkörper, mit einer Matrize, die einen ersten Ziehring und wenigstens einen weiteren Ziehring umfaßt, die jeweils eine Ziehringöffnung aufweisen und mit einer Patrize, die einen ersten Ziehstempel und wenigstens einen weiteren Ziehstempel umfaßt, die ineinander geführt und dem ersten Ziehring bzw. dem wenigstens einen weiteren Ziehring zugeordnet sind und die zumindest durch die Ziehringöffnung des jeweils zugeordneten Ziehrings wenigstens teilweise in Ziehrichtung hindurchtreten können, wobei wenigstens einer der Ziehstempel während des Tiefziehens und in Bezug auf eine einer ersten Ziehstufe nachfolgenden weitere Ziehstufe einen Niederhalter für einen zwischen diesem und einem Ziehring der besagten nachfolgenden Ziehstufe befindlichen Wandteil des sich ausbildenden Hohlkörpers bildet, und mit wenigstens einer während des Tiefziehens in Ziehrichtung zurückweichenden Matrize, die unter Anwendung einer entgegen der Ziehrichtung wirkenden Gegenkraft an einem Teil des sich ausbildenden Hohlkörpers anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Tiefziehen eines Formteils, beispielsweise eines Blechzuschnitts, mit einem Gesamtverbundwerkzeug zu einem nicht zylindrischen bzw. teilweise unzylindrischen Hohlkörper nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs und ein Gesamtverbundwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens.

Ein gattungsgemäßes Gesamtverbundwerkzeug ist aus der DE 100 33 889 A1 der Anmelderin bekannt geworden. Dieses enthält eine Matrize, die einen ersten Ziehring und wenigstens einen weiteren Ziehring umfaßt, die jeweils eine Ziehringöffnung aufweisen und enthält eine Patrize, die einen ersten Ziehstempel und wenigstens einen weiteren Ziehstempel umfaßt, die ineinander geführt sind und die dem ersten Ziehring bzw. dem wenigstens einen weiteren Ziehring zugeordnet sind und die zumindest durch die Ziehringöffnung des jeweils zugeordneten Ziehrings wenigstens teilweise in Ziehrichtung hindurchtreten können, wobei wenigstens einer der Ziehstempel während des Tiefziehens und in Bezug auf eine einer ersten Ziehstufe nachfolgenden weiteren Ziehstufe einen Niederhalter für einen zwischen diesem und einem als Formteil- bzw. Blechhalter ausgebildeten Ziehring der besagten nachfolgenden Ziehstufe befindlichen Teil des sich ausbildenden Hohlkörpers befindet.

In derartigen Gesamtverbund- bzw. Folgezugwerkzeugen können die Formteile in mehreren aufeinander folgenden Ziehstufen ohne Weitertransport in ein weiteres Tiefziehwerkzeug zu einem nicht zylindrischen bzw. teilweise unzylindrischen Rotations-Hohlkörper umgeformt werden. Mit derartigen Tiefziehwerkzeugen lassen sich vergleichsweise große Grenzziehverhältnisse erreichen, also vergleichsweise große Verformungen der Hohlteile in Ziehrichtung, wobei üblicherweise der Umformgrad je Tiefstufe kleiner ist als bei dem einstufigen Tiefziehen.

Auf diese Weise lassen sich bis zu einem bestimmten maximalen Grenzziehverhältnis nicht zylindrische bzw. teilweise unzylindrische Hohlteile, also von der Napfform abweichende, beispielsweise kegelförmige Hohlteile, in ausreichender Qualität ohne wesentliche Zipfel- und/oder Faltenbildung herstellen.

Bei größeren Grenzziehverhältnissen kann es jedoch insbesondere im Bereich der freien, ungebundenen Umformung der Hohlteile, d.h. in derjenigen Zone, wo die Wandung der Hohlteile zwischen der Ziehringöffnung und der Stempelstirnfläche nicht anliegt, zu sogenannten Falten zweiter Art kommen.

Ferner ist bislang die Herstellung von kegelförmigen Hohlteilen mit einem Kegelwinkel zwischen der Außenwandung und dem Boden des jeweiligen Hohlteils mit einem einzigen Gesamtverbundwerkzeug auf Kegelwinkel von kleiner gleich 50 Grad beschränkt.

Zur Herstellung von Hohlteilen mit Kegelwinkeln größer als 50 Grad muss bisher stets eine Nachkalibrierung mit einem Kalibrier- bzw. Formstempel erfolgen, und zwar in einem separaten Arbeitsschritt, um zu hinreichenden Formteilqualitäten zu gelangen.

Bei dem vorgenannten Tiefziehverfahren unter Verwendung eines Gesamtverbundwerkzeuges nach dem Stand der Technik sind die Ziehstempel konzentrisch zueinander beweglich angeordnet, während die Matrize mit einer der Anzahl der Ziehstempel entsprechenden Anzahl von Ziehringen ein festes Gesenk ausbildet. Bei diesem Tiefziehverfahren werden zunächst alle Ziehstempel gleichzeitig vorgefahren, bis ein Anschlag erreicht ist, bei dem eine erste Ziehstufe abgeschlossen und mithin eine erste Umformung des Blechzuschnitts erreicht ist. Ohne wesentliche Unterbrechung wird anschließend der innere aus Vollmaterial gestaltete Tiefziehstempel weiter vorgefahren, so dass sich an die erste Ziehstufe eine zweite Ziehstufe anschließt. Dabei läßt es sich nicht vermeiden, dass über einen kurzen Zeitraum, zumindest an einzelnen Stellen der vorgezogenen Zarge, die Umformbewegung des plastisch verformten Gefüges eine Unterbrechung erfährt. An diesen Stellen kann es zur Ausbildung von Anfahrkraftspitzen kommen, welche das Ziehergebnis ungünstig beeinflussen können.

Zur Vermeidung dieser Nachteile und um einen stetigen, plastischen Verformungsfluss bis zur letzten Ziehstufe zu erreichen, wurde das sogenannte Simultanverfahren entwickelt. Dabei werden nicht nur die Ziehstempel, sondern auch die rohrförmig gestalteten Ziehringe, die gleichzeitig als Blechhalter wirken, konzentrisch angeordnet und die Ziehringrohre, die unter Anwendung einer entgegen der Ziehrichtung wirkenden Gegenkraft an einem Teil des Blechringes, der zu der späteren endgültigen Zarge bzw. dem Hohlkörper umgeformt wird, anliegen, verfahren zusammen mit dem jeweils zugeordneten Ziehstempel in Ziehrichtung, weichen also in Ziehrichtung zurück. Auf diese Weise wird während des gesamten Tiefziehprozesses eine kontinuierliche plastische Verformung erreicht, die erst nach endgültiger Fertigstellung des Hohlkörpers aufhört.

Wenngleich mit dem Simultanverfahren bereits vergleichsweise große Grenzziehverhältnisse erreichbar sind, lassen sich beim Tiefziehen zu nicht zylindrischen bzw. teilweise unzylindrischen Hohlkörpern bislang Falten zweiter Art nicht vollständig vermeiden.

Als ein alternatives Herstellungsverfahren für derartige Hohlteile ist das Tiefziehen mit einem flüssigkeitsgefüllten Gummistempel in einem Zug, d.h. in einem Arbeitsgang, allgemein bekannt geworden. Die hierfür notwendigen Werkzeuge sind aufwendig.

Ein weiteres alternatives Herstellungsverfahren für die genannten Hohlteile ist in Form eines Außen-Hochdruck-Umformverfahrens allgemein bekannt geworden. Die hierfür erforderlichen Werkzeuge sind ebenfalls aufwendig und es muss stets ein Ringflansch zur Abdichtung stehen bleiben, der in einem weiteren Arbeitsgang abgetrennt werden muss.

Schließlich ist noch ein weiteres Tiefziehverfahren allgemein bekannt geworden, bei dem eine Blechtafel unter einem Gummikissen zu einem zylindrischen Gefäß umgeformt wird. Dabei ist eine in Ziehrichtung bewegliche Tauchplatte vorgesehen, die von dem feststehenden Ziehstempel durchbrochen ist, so dass sich der Blechzuschnitt beim Niedergang des Gummikissens und der Tauchplatte um den Ziehstempel legt und auf diese Weise zu einem zylindrischen Gefäß umgeformt werden kann. Die mit diesem Verfahren erzielbaren Gesamtgrenzziehverhältnisse und die dabei einsetzbaren Werkstoffe sind begrenzt.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Gesamtverbundwerkzeug zum Tiefziehen eines Formteils, beispielsweise eines Blechzuschnitts zu einem nicht zylindrischen bzw. teilweise unzylindrischen Hohlkörper und ein Verfahren zur Herstellung derartiger Hohlkörper bereitzustellen, mit dem diese mit einem größeren Grenzziehverhältnis und/oder größeren Kegelwinkeln bei guter Qualität vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden können, ohne dass es eines separaten Nachkalibrierschrittes bedarf.

Diese Aufgabe wird zunächst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Dabei wird ein Wandteil des sich zwischen dem als Ziehstempel ausgebildeten Niederhalter und dem Ziehring einer nachfolgenden Ziehstufe befindlichen Hohlkörpers von dem Niederhalter mit einer während des Tiefziehens über der Zeit ansteigenden Niederhalterkraft beaufschlagt.

Durch diese vergleichsweise einfach erscheinende Maßnahme eines kurzzeitigen Anstiegs der Blechhaltekraft auf vergleichsweise große Werte lassen sich insbesondere nicht zylindrische bzw. teilweise unzylindrische Hohlkörper mit einem großen Grenzziehverhältnis und/oder einem vergleichsweise großen Kegelwinkel bei guter Qualität ohne Ausbildung von Falten zweiter Art kostengünstig in einem einzigen Arbeitsgang herstellen.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Niederhalterkraft des als Ziehstempel gestalteten Niederhalters ab demjenigen Zeitpunkt erhöht wird, ab dem ein Wandteil eines eine Endkontur des Hohlteils vermittelnden Ziehstempels in die nachgiebige Matrize eingedrungen ist. Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass die Niederhaltekraft des als Ziehstempel gestalteten Niederhalters ab demjenigen Zeitpunkt erhöht wird, ab dem ein Teil eines eine Endkontur des Hohlteils vermittelnden Ziehstempels in die nachgiebige Matrize eingedrungen ist. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Niederhalterkraft des als Ziehstempel gestalteten Niederhalters ab demjenigen Zeitpunkt erhöht wird, ab dem die nachgiebige Matrize von dem eine Endkontur des Hohlkörpers vermittelnden Ziehstempel in Ziehrichtung verdrängt wird. Zu diesem Zeitpunkt ist also der Endkontur-Ziehstempel in die rohrförmig gestaltete nachgiebige Matrize unter gleichzeitiger Umformung des Hohlkörpers soweit eingedrungen, dass eine weitere Bewegung des Endkontur-Ziehstempels nur unter gleichzeitiger Bewegung der nachgiebigen Matrize in Ziehrichtung möglich ist. Im Zuge des weiteren Tiefzieh- und Umformvorganges bleibt zweckmäßigerweise die nachgiebige Matrize stets in einer Stellung, in der sie den betroffenen Teil des auszubildenden Hohlkörpers gegen den Endkontur-Ziehstempel andrückt. Auf diese Weise lassen sich der Bereich der freien, ungebundenen Umformung und die zugeordneten Membranspannungen verringern, so dass eine Faltenbildung vermieden wird. Zwar läßt es sich durch die vorgenannten Maßnahmen nicht völlig vermeiden, dass in dem Bereich zwischen der Anpressstelle der nachgiebigen Matrize und dem Ziehring dieser Ziehstufe ein Wandteilbereich entsteht, der einer freien, ungebundenen Umformung unterliegt, jedoch kann durch die erfindungsgemäße Maßnahmen erreicht werden, dass gegebenenfalls in diesem Bereich auftretende Falten während des nachfolgenden weiteren Tiefziehvorganges vollständig herausgerafft werden.

Es ist ferner zweckmäßig, wenn die Niederhalterkraft ab demjenigen Zeitpunkt erhöht wird, ab dem eine Endkontur des Hohlkörpers im Bereich innerhalb der nachgiebigen Matrize im wesentlichen erreicht ist, wenn also eine der endgültigen Endkontur des auszubildenden Hohlkörpers ähnliche Zwischengeometrie erreicht ist, und zwar im Bereich, von dessen Boden bzw. demjenigen Wandteil des Hohlkörpers, der durch das freie Ende des eine Endkontur vermittelnden Ziehstempels umgeformt wird.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Niederhalterkraft während des Tiefziehens des auszubildenden Hohlkörpers vorzugsweise kontinuierlich auf einen Maximalwert ansteigt. Dadurch lassen sich Oberflächenunregelmäßigkeiten am Fertigteil vermeiden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass die Niederhalterkraft während des Tiefziehens des auszubildenden Hohlkörpers nach einem Anstieg auf einen bestimmten Wert, wieder auf einen geringeren Wert abfällt. Durch diese Maßnahmen kann eine Zipfelbildung an der Zargenwand auch bei erhöhten Grenzziehverhältnissen sicher vermieden werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante kann ferner vorgesehen sein, dass die Niederhaltekraft während des Tiefziehens des auszubildenden Hohlkörpers vor dem besagten Zeitpunkt einen im wesentlichen konstanten Wert größer Null aufweist, ab dem besagten Zeitpunkt linear auf einen bestimmten Maximalwert ansteigt und anschließend linear auf einen Wert, vorzugsweise größer Null abfällt. Auf diese Weise bleibt die durch den auch als Ziehstempel fungierenden Niederhalter ausgeübte Niederhalterkraft auf den Hohlkörperteil stets größer Null und in Verbindung mit den vorgenannten Vorteilen wird erreicht, dass selbst bei großen Grenzziehverhältnissen keine Qualitätsfehler wie Falten und/oder Zipfelbildung auftreten.

Die vorstehende Aufgabe wird auch durch ein Gesamtverbundwerkzeug zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach dem patentanspruch 9 gelöst, wobei die nachgiebige Matrize eine Ziehkante mit einem Querschnittsprofil in Form einer Schlepp- bzw. Traktrix-Kurve aufweist, die in Ziehrichtung in das einer Endkontur des auszubildenden Hohlteils entsprechendes Querschnittsprofil übergeht.

Auf diese Weise lassen sich die Grenzziehverhältnisse weiter erhöhen und die hierfür benötigten Ziehkräfte sind geringer, so dass auch bei diesen erhöhten Grenzziehverhältnissen und/oder größeren Kegelwinkeln eine Faltenbildung mit Sicherheit vermieden werden kann.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, dass in der als Hohlkörper zur Aufnahme eines Teils des wenigstens einen Ziehstempels gestalteten nachgiebigen Matrize eine flexible Matrize zur Aufnahme eines Teils des sich ausbildenden Hohlkörpers und Abstützung desselben von außen unter Ausbildung einer inneren elastischen Gegenkraft angeordnet ist. Auf diese Weise lässt sich insbesondere im Bodenbereich des Hohlkörpers ein erhöhter Außenanpressdruck erreichen, so dass die Gefahr von sogenannten Bodenreißern in Folge einer Verfestigung der Wandteile des Hohlkörpers im Randbereich vermieden wird.

Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn die flexible Matrize als ein den Wandteil des Hohlkörpers seitlich abstützen könnender Ring ausgebildet ist, dessen Innenkontur ähnlich der Endkontur des Hohlkörpers in diesem Bereich gestaltet ist und in dem ein Teil des eine Endkontur des Hohlteils vermittelnden Ziehstempels, also des Endkontur-Ziehstempels, aufnehmbar ist. Durch diese Maßnahmen lässt sich die Gefahr von Bodenreißern weiter reduzieren.

Weitere Einzelheiten und Gesichtspunkte der Erfindung sind dem nachfolgenden Beschreibungsteil entnehmbar, in dem ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben wird.
Es zeigen:
1: einen Querschnitt durch das Gesamtverbundwerkzeug in einer die Zentralachse enthaltenden Schnittebene mit einer Teil-Darstellung des Tiefziehwerkzeuges im Bereich oberhalb der Zentralachse zu einem Zeitpunkt vor dem Tiefziehen des Blechzuschnitts und mit einer Teil-Darstellung des Tiefziehwerkzeuges im Bereich unterhalb der Zentralachse nach dem Umformen des Blechzuschnitts nach einer ersten Ziehstufe zu einem ersten, als Hohlkörper ausgebildeten Zwischenteil;
2: eine Teilansicht des Querschnitts gemäß 1, mit einer der Teil-Darstellung des Ziehwerkzeugs zum Zeitpunkt nach dem Umformen des Blechzuschnitts nach einer ersten Ziehstufe entsprechenden Teil-Darstellung, jedoch hier im Bereich oberhalb der Zentralachse und mit einer Teil-Darstellung von das Tiefziehwerkzeug und den auszubildenden Hohlkörper bildenden Teile im Bereich unterhalb der Zentralachse zu einem Zeitpunkt, ab dem die Niederhaltekraft des rohrförmigen ersten Ziehstempels erhöht wird;
3: eine Teilansicht des Querschnitts gemäß 1 mit einer Teil-Darstellung von das Tiefziehwerkzeug und den auszubildenden Hohlkörper bildenden Teile im Bereich oberhalb der Zentralachse zu einem Zeitpunkt nach Erhöhen der Niederhalterkraft und vor Erreichen einer maximalen Niederhaltekraft des ersten Ziehstempels sowie mit einer Teil-Darstellung von das Tiefziehwerkzeug und den Hohlkörper bildenden Teile unterhalb der Zentralachse zu einem Zeitpunkt nach einer zweiten Ziehstufe, in dem der Hohlkörper als tiefgezogenes Fertigteil vorliegt;
4: einem Verlauf der Niederhaltekraft des nach Durchlaufen der ersten Ziehstufe als Niederhalter fungierenden ersten Ziehstempels über der Zeit bzw. über dem Weg des Endkontur-Tiefziehstempels.
Das in 1 gezeigte Gesamtverbundwerkzeug 20 umfasst eine Matrize 25 und eine Patrize 30. Die Matrize 25 enthält einen ersten Ziehring 26 und einen zweiten Ziehring 27, die jeweils eine Ziehringöffnung 28, 29 aufweisen und die fest, d.h. im wesentlichen starr miteinander in einem Gesenk verbunden sind. Die Patrize 30 enthält hier zwei rotationssymmetrisch zu der Zentralachse 73 gestaltete, konzentrisch zueinander angeordnete Ziehstempel 31, 32. Dabei ist der erste Ziehstempel 31 rohrförmig gestaltet und in einem relativ zu der Matrize 25 in Ziehrichtung 33 bzw. entgegen der Ziehrichtung beweglichen Werkzeugteil 75 geführt. In dem ersten Ziehstempel 31 ist der zweite Ziehstempel 32 aus Vollmaterial geführt und bildet einen Endkontur-Ziehstempel für den zu fertigenden Hohlkörper 65 aus. Beide Ziehstempel 31, 32 sind unabhängig voneinander in Ziehrichtung 33 bzw. entgegen der Ziehrichtung 33 bewegbar, so dass ein Mehrfachzug in einer ersten Ziehstufe 35 und einer nachfolgenden zweiten Ziehstufe 36 ermöglicht ist. Es versteht sich, dass auch mehrere ineinander geführte rohrförmige Ziehstempel zusammen mit einem Endkontur-Ziehstempel vorgesehen sein können, um bei Bedarf mehr als zwei Ziehstufen verfügbar zu haben.
Der erste Ziehstempel 31 und der zweite Ziehstempel 32 können durch eine Öffnung des Niederhalters 34 für den in das Gesamtverbundwerkzeug 20 einlegbaren planen Blechzuschnitt 21, hier in Form einer Blechronde, hindurchtreten und können außerdem durch die Ziehringöffnung 28 des ersten Ziehrings 26 hindurchtreten, um auf diese Weise einen ersten Zug in einer ersten Ziehstufe 35 zu einem ein Zwischenteil ausbildenden Hohlkörper 22 zu ermöglichen, wie er in 1 im Querschnitt dargestellt ist.
Der zweite Ziehring 27 weist eine Ziehringöffnung 29 auf, deren Durchmesser kleiner ist als der Außendurchmesser des ersten Ziehstempels 31, wobei ein Anschlag 74 bildender Ringteil des zweiten Ziehrings 27 in den Innenraum des Werkzeugteils 76 hineinragt, an dem sich der erste Ziehring 26 und der zweite Ziehring 27 abstützen kann und die dort befestigt sind. Auf diese Weise ist die erste Ziehstufe 35 durch den Anschlag 74 des zweiten Ziehrings 27 begrenzt, an dem die kegelförmige Ziehkante 62 des ersten Ziehstempels 31 mit einem zwischenliegenden Wandteil 38 des Hohlkörpers 22 anschlägt. Der Innendurchmesser des Ziehrings 27 ist geringfügig größer als der eine Endkontur des Hohlkörpers 65 vermittelnde zweite Ziehstempel 32 und zwar derart, dass der Ziehstempel 32 unter gleichzeitigem Tiefziehen des Hohlkörpers 26, also mit zwischenliegenden Wandteilen desselben, in Ziehrichtung 33 durch die Ziehringöffnung 29 des zweiten Ziehrings 27 hindurchtreten können.
Wie aus 1 ebenfalls ersichtlich, sind der erste Ziehstempel 31 und der zweite Ziehstempel 32 in Ziehrichtung 33 zueinander versetzt angeordnet, so dass bei einem gleichzeitigen Vorfahren der beiden Ziehstempel 31, 32 in Ziehrichtung 33 in einer ersten Ziehstufe 35 der ursprünglich plane Blechzuschnitt 21 zu dem in 1 im Querschnitt gezeigten napfartigen Hohlkörper 22 unter Ausbildung eines Kegel-Wandteils 64 umgeformt wird. Dieser Hohlkörper 22 umfasst einen radial außen liegenden Wandteil 71 und einen zu diesem in einem flachen Winkel zu der Zentralachse 73 geneigt angeordneten, radial innen liegenden Wandteil 72. Die Neigung des außen liegenden Wandteils 71 entspricht dem Winkel 63 der kegelförmigen Ziehkante 62 des ersten Ziehstempels 31, der wiederum dem Neigungswinkel des Anschlages 74 des zweiten Ziehrings 27 entspricht.
Neben den vorgenannten Werkzeugteilen umfasst das Gesamtverbundwerkzeug 20 auch eine entgegen der Ziehrichtung 33 und auch in Ziehrichtung 33 unabhängig von den Ziehstempeln 31 und 32 bewegbare, nachgiebige Matrize 40. Diese umfasst einen rohrförmigen Hohlkörper 46, der in Richtung des Ziehstempels 32 offen ist und der eine Innenkonturgestaltung aufweist, welche ein teilweises Eindringen des als Endkontur-Stempel gestalteten Ziehstempels 32 in die nachgiebige Matrize 40 ermöglicht. Der Hohlkörper 46 der nachgiebigen Matrize 40 weist im Bereich seines freien, sich entgegen der Ziehrichtung 33 erstreckenden Endes eine Innenkontur mit einer Ziehkante 43 auf, deren Profil in Form einer Traktrix-Kurve 44 gestaltet ist. Diese Traktrix-Kurve 44 geht in einem kontinuierlichen Kurvenzug in ein in Ziehrichtung 33 nach innen zurückversetztes Querschnittsprofil 45 über, das der Endkontur des auszubildenden Hohlkörpers 65, also des Fertigteils 24 in dem betroffenen Berührungsabschnitt des Hohlkörpers 46 der nachgiebigen Matrize 40 entspricht.
An dieses Querschnittsprofil 45 schließt sich in Ziehrichtung 33 ein zylindrischer Wandteil des rohrförmigen Hohlkörpers 46 an. Der hülsenartig gestaltete Hohlkörper 46 ist über ein Innengewinde auf ein hierzu passendes Außengewinde eines Stempelteils 77 aufgeschraubt und starr mit diesem verbunden. Die nachgiebige Matrize 40 kann unter Ausbildung einer entgegen der Tiefziehkraft 57 des zweiten Ziehstempels 32, also entgegen der Ziehrichtung 33 wirkenden Gegenkraft 41, beaufschlagt werden. Dabei wird die Gegenkraft 41 zunächst so groß eingestellt, dass der die Ziehkante 43 aufweisende Hohlkörper 46 der nachgiebigen Matrize 40 als Ziehring fungiert, um eine weitere Umformung des Hohlkörpers 22 durch Tiefziehen zu ermöglichen, wie dies in 2 dargestellt ist.
Im Innenraum des rohrförmigen Hohlkörpers 46 ist eine flexible Matrize 47 in Form eines Rings 48 vorzugsweise aus Polyurethan angeordnet, der sich an seinem Umfang an der zylindrischen Innenwand des Hohlkörpers 46 einerseits abstützt und der sich andererseits an der der Stirnfläche 60 des Endkontur-Ziehstempels 32 gegenüberliegenden Stirnfläche des Stempelteils 77 abstützt. Der Ring 48 ist zur Vermeidung seines Ausziehens bei einem Zurückfahren der nachgiebigen Matrize in Ziehrichtung 33 bzw. bei einem Zurückfahren des zweiten Ziehstempels 32 entgegen der Ziehrichtung 33, an dem Hohlkörper 46 und/oder dem Stempelteil 77 in geeigneter Weise befestigt, beispielsweise dort eingeklebt und/oder eingepresst.
Der Ring 48 weist eine kegel- bzw. parabelförmige Innenkontur 51 auf, die der Endkontur des Fertigteils 24 in diesem Anlagebereich entspricht. Die kegel- bzw. parabelförmige Innenkontur des Rings 48 der flexiblen Matrize 47 bildet mit der Stirnfläche des Stempelteils 77 einen Winkel aus, der dem Winkel 23 zwischen dem Boden 81 und der angrenzenden Seitenwand 82 des Fertigteils 24 entspricht. Der Öffnungskegel, d.h. die Ringöffnung des Rings 48 ist derart gestaltet, dass bei vollständig gegen die nachgiebige Matrize 40 in Ziehrichtung 33 vorgefahrenem Endkontur-Stempel 32 mit einem zwischenliegenden Ringwandteil des Hohlkörpers 65 eine Anpress- bzw. Gegenkraft 49 des Rings 48 auf die dann diesem gegenüberliegenden Ringwandteile des Hohlkörpers 65 ausgeübt wird (vgl. 2 und 3).
Der erste Ziehstempel 31 bildet während des Tiefziehens in Tiefziehrichtung 33 und in Bezug auf die der ersten Ziehstufe 35 nachfolgenden zweiten Ziehstufe 36 einen Niederhalter 37 für einen dann zwischen diesem und dem als Formteil- bzw. Blechhalter ausgebildeten zweiten Ziehring 27 der besagten nachfolgenden zweiten Ziehstufe 36 befindlichen Wandteil 38 des sich ausbildenden Hohlkörpers 65. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der zwischen dem Niederhalter 37 des rohrförmigen Ziehstempels 31 und dem Ziehring 27 der der ersten Ziehstufe 35 nachfolgenden Ziehstufe 36 befindliche Wandteil 38 des auszubildenden Hohlkörpers 65 von dem Niederhalter 37 mit einer während des Tiefziehens über der Zeit ansteigenden Niederhaltekraft 43 beaufschlagt ist. Der Verfahrensablauf beim Tiefziehen des Blechzuschnitts 21 zu dem ein Fertigteil 24 bildenden Hohlkörper 65 ist nachfolgend näher beschrieben:
In einer bekannten Weise wird der Blechzuschnitt 21 in das geöffnete Gesamtverbundwerkzeug 20 eingelegt. Nachfolgend wird das Werkzeug geschlossen, so dass der den Niederhalter 34 umfassende Werkzeugteil 75 und die Matrize 25 bzw. das Gesenk gegeneinander gefahren sind, wie dies in 1 veranschaulicht ist. Zum Tiefziehen des Blechzuschnitts 21 zu einem ersten Hohlkörper 22 werden die beiden Ziehstempel 31 und 32 in der aus 1 hervorgehenden und vorstehend beschriebenen relativen Stellung zueinander gemeinsam in Ziehrichtung 33 verfahren, bis der rohrförmige Ziehstempel 31 mit zwischenliegenden Ringwandteilen des Hohlkörpers 22 an dem Anschlag 74 des zweiten Ziehrings 27 anschlägt. Während dieser ersten Ziehstufe 35 wird der Blechzuschnitt 21 durch die beiden Ziehstempel 31 und 32 über eine Ziehkante des Ziehrings 46 gezogen, wobei am Ende der ersten Ziehstufe 35 der Blechzuschnitt 21 zu dem in 1 im Querschnitt gezeigten, napfförmigen Hohlkörper 22 umgeformt ist. Der Zeitpunkt ab dem die zweite Ziehstufe 36 beginnt, ist in 4 mit 53 markiert.
Dabei ist vorzugsweise bereits zu Beginn des Tiefziehvorganges die nachgiebige Matrize entgegen der Ziehrichtung 33 mit ihrem Hohlkörper 46 in die Ziehringöffnung 29 des zweiten Ziehrings 27 eingefahren, wie dies ebenfalls aus 1 ersichtlich ist. Dabei wird der Hohlkörper 46 gerade soweit eingefahren, dass sein sich entgegen der Ziehrichtung 33 erstreckendes freies Ende sich in einer die Abkantung der beiden kegelförmigen Wandteile 71 und 72 des Hohlkörpers 22 in dem gezeigten flachen Winkel ermöglichenden Stellung befindet.
Bevor der als Endkontur-Stempel gestaltete zweite Ziehstempel 32 im Zuge der zweiten Ziehstufe weiter in Ziehrichtung 33 verfährt, wird auf den dann als Niederhalter 37 fungierenden rohrförmigen ersten Ziehstempel 31 eine bestimmte Niederhaltekraft 42 größer Null in Ziehrichtung 33 ausgeübt, wie dies aus 2 ersichtlich und in
4 anhand eines Kraft-Zeit- bzw. Kraft-Weg-Diagrammes veranschaulicht ist.
Im Anschluss an die in 1 veranschaulichte erste Ziehstufe 35 wird zunächst die nachgiebige Matrize 40 in ihrer Position belassen, damit im Zuge des weiteren Vordringens des Endkontur-Stempels 32 im Zusammenwirken mit der Ziehkante 43 des Hohlkörpers 46 der nachgiebigen Matrize 40 eine weitere Umformung des Hohlkörpers 22 erreicht werden kann. Im Zuge des weiteren Vorrückens des Endkontur-Stempels 32 in Ziehrichtung 33 schlägt dieser mit zwischenliegenden Wandteilen des auszubildenden Hohlkörpers an dem Hohlkörper 46 und dem Stempelteil 77 der nachgiebigen Matrize 40 an, wie dies im unteren Teil der 2 veranschaulicht ist. Zu diesem Zeitpunkt ist also in dem sich im Inneren der nachgiebigen Matrize 40 befindlichen Teil des auszubildenden Hohlkörpers, dort dessen Endkontur im wesentlichen fertig gestaltet, wobei sich im Zuge des nachfolgenden Tiefziehprozesses noch Wanddickenveränderungen ergeben können. Der Boden 81 des Fertigteils 24 ist mit einer nach innen gerichteten Einprägung versehen, die in dem Zusammenwirken einer entsprechend gestalteten Erhöhung des Stempelteils 77 der nachgiebigen Matrize 40 mit einer entsprechend gestalteten Vertiefung in der Stirnfläche des Endkontur-Ziehstempel 32 hergestellt wird.
Ab dem Zeitpunkt 54, ab dem nach einem Anschlagen des Endkontur-Stempels 32 mit zwischenliegenden Wandteilen des auszubildenden Hohlkörpers an der nachgiebigen Matrize 40, diese im Zuge des weiteren Vorrückens des Endkontur-Stempels 32 in Ziehrichtung 33 in dieser Richtung verdrängt wird, wird die Niederhaltekraft 42 auf den Wandteil 38 des auszubildenden Hohlkörpers ausgehend von einem zuvor konstanten Wert 66 linear (Bereich 67) bis zu einem bestimmten Maximalwert 68 erhöht. Dadurch wird erfindungsgemäß erreicht, dass sich etwaig in dem Bereich der freien Umformung des auszubildenden Hohlkörpers zwischen dem ersten Ziehring 27 und der in Ziehrichtung 33 zusammen mit dem Endkontur-Stempel 32 zurückweichenden nachgiebigen Matrize 40 und dort deren Anlage- bzw. Abstützungsbereich zu einem gegenüberliegenden Ringwandteil des auszubildenden Hohlkörpers, etwaig ausbildende Falten quasi herausgereckt werden. Dieser Bereich 83 der freien Umformbarkeit eines Teils des auszubildenden Hohlkörpers ist im oberen Teil der
3 ersichtlich. Es versteht sich, dass der Zeitpunkt des Auftretens der Maximalkraft 68 entsprechend den Formteil- und Anwenderbedürfnissen angepasst gewählt werden kann.
Nach Erreichen der Maximalkraft 68 der Niederhalterkraft 42 wird diese wieder linear abgesenkt (Bereich 69), wobei zum Zeitpunkt der Fertigstellung des Hohlkörpers 65 zu einem Fertigteil 24 noch ein bestimmter Wert 70 der Niederhaltekraft 42 größer Null eingestellt ist, um eine Faltenbildung mit Sicherheit zu vermeiden. Es hat sich gezeigt, dass sich durch das Absenken (Bereich 69) der Niederhaltekraft 42 nach Erreichen der maximalen Kraft 68 eine ansonsten gegebenenfalls am Außenrand der Zarge auftretende Zipfelbildung mit Sicherheit vermieden werden kann.
Wie aus dem unteren Teil der 3 ersichtlich, ist der Hohlkörper 65 als Fertigteil 24 mit einem einzigen Arbeitsschritt im Durchzugsverfahren herstellbar, d.h. zur Entformung des Fertigteils 24 ist es nicht erforderlich, die beiden Werkzeughälften des Gesamtverbundwerkzeuges 20 zu öffnen, um das Fertigteil dann entgegen der Ziehrichtung in den geöffneten Werkzeugraum auszustoßen.

20: Gesamtverbundwerkzeug
21: Blechzuschnitt
22: Hohlkörper 50
: (Zwischenteil)
23: Winkel
24: Fertigteil
25: Matrize
26: Ziehring 55
27: Ziehring
28: Ziehringöffnung von 26
29: Ziehringöffnung von 27
30: Patrize
31: Ziehstempel 60
32: Ziehstempel
33: Ziehrichtung
34: Niederhalter
35: Erste Ziehstufe
36: Zweite Ziehstufe 65
37: Niederhalter
38: Wandteil von 22
39: Einprägung
40: Nachgiebige Matrize
41: Gegenkraft 70
42: Niederhaltekraft
43: Ziehkante von 40
44: Traktrix-Kurve 45
45: Querschnittsprofil v. 40
46: Hohlkörper 75
47: Flexible Matrize
48: Ring
49: Gegenkraft
51: Innenkontur von 48
52: Endkontur von 24, 65
53: Zeitpunkt
54: Zeitpunkt
55: Zeitpunkt
56: Zeitpunkt
57: Tiefziehkraft
60: Stirnfläche von 32
61: Außenkontur von 32
62: Ziehkante von 31, 37
63: Winkel
64: Wandteil von 22
65: Hohlkörper
66: Niederhaltekraft
67: Niederhaltekraft
68: Niederhaltekraft
69: Niederhaltekraft
70: Niederhaltekraft
71: Wandteil von 64
72: Wandteil von 64
73: Zentralachse
74: Anschlag
75: Werkzeugteil
76: Werkzeugteil
77: Stempelteil
81: Boden von 24
82: Seitenwand von 24
83: Bereich

Claims

Verfahren zum Tiefziehen eines Formteils mit einem Gesamtverbundwerkzeug, zu einem nicht zylindrischen bzw. teilweise unzylindrischen Hohlkörper, mit einer Matrize, die einen ersten Ziehring und wenigstens einen weiteren Ziehring umfaßt, die jeweils eine Ziehringöffnung aufweisen und mit einer Patrize, die einen ersten Ziehstempel und wenigstens einen weiteren Ziehstempel umfaßt, die ineinander geführt und dem ersten Ziehring bzw. dem wenigstens einen weiteren Ziehring zugeordnet sind und die zumindest durch die Ziehringöffnung des jeweils zugeordneten Ziehrings wenigstens teilweise in Ziehrichtung hindurchtreten können, wobei wenigstens einer der Ziehstempel während des Tiefziehens und in Bezug auf eine einer ersten Ziehstufe nachfolgenden weitere Ziehstufe einen Niederhalter für einen zwischen diesem und einem Ziehring der besagten nachfolgenden Ziehstufe befindlichen Wandteil des sich ausbildenden Hohlkörpers bildet, und mit wenigstens einer während des Tiefziehens in Ziehrichtung zurückweichenden Matrize, die unter Anwendung einer entgegen der Ziehrichtung wirkenden Gegenkraft an einem Teil des sich ausbildenden Hohlkörpers anlegbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandteil (38) des Hohlkörpers (22, 65) von dem als Ziehstempel (31) ausgebildeten Niederhalter (37) mit einer während des Tiefziehens über der Zeit ansteigenden Niederhaltekraft (42) beaufschlagt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltekraft (42) des als Ziehstempel (31) gestalteten Niederhalters (37) ab demjenigen Zeitpunkt (54) erhöht wird, ab dem ein Teil eines eine Endkontur des Hohlteils (22, 65) vermittelnden Ziehstempels (32) in die nachgiebige Matrize (40) eingedrungen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltekraft ab demjenigen Zeitpunkt (54) erhöht wird, ab dem ein Teil eines eine Endkontur des Hohlteils (22, 65) vermittelnden Ziehstempels (32) in eine sich an der nachgiebigen Matrize (40) abstützende flexible Matrize (47) eingedrungen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltekraft (42) ab demjenigen Zeitpunkt (54) erhöht wird, ab dem die nachgiebige Matrize (40) von dem eine Endkontur des Hohlkörpers (22, 65) vermittelnden Ziehstempel (32) in Ziehrichtung (33) verdrängt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltekraft (42) ab demjenigen Zeitpunkt (54) erhöht wird, ab dem eine Endkontur des Hohlkörpers (22, 65) im Bereich der nachgiebigen Matrize (40) im wesentlichen erreicht ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltekraft (42) während des Tiefziehens des auszubildenden Hohlkörpers (22, 65) vorzugsweise kontinuierlich auf einen Maximalwert (68) ansteigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltekraft (42) während des Tiefziehens des auszubildenden Hohlkörpers (22, 65) nach einem Anstieg auf einen bestimmten Wert (68) wieder auf einen geringeren Wert (69, 70) abfällt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederhaltekraft (42) während des Tiefziehens des auszubildenden Hohlkörpers (22, 65) vor dem besagten Zeitpunkt (54) einen im wesentlichen konstanten Wert 66 größer Null aufweist, ab dem besagten Zeitpunkt (54) linear auf einen bestimmten Maximalwert (68) ansteigt und anschließend linear auf einen Wert vorzugsweise größer Null abfällt.
Gesamtverbundwerkzeug zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die nachgiebige Matrize (40) eine Ziehkante (43) mit einem Querschnittsprofil in Form einer Schlepp- bzw. Traktrix-Kurve (44) aufweist, die in Ziehrichtung (33) in das einer Endkontur (52) des auszubildenden Hohlteils (65) entsprechendes Querschnittsprofil (45) übergeht.
Gesamtverbundwerkzeug nach Ansprüch 9 dadurch gekennzeichnet, dass in der als Hohlkörper (46) zur Aufnahme eines Teils des wenigstens einen Ziehstempels (32) gestalteten nachgiebigen Matrize (40) eine flexible Matrize (47) zur Aufnahme eines Wandteils des sich ausbildenden Hohlkörpers (65) und Abstützung desselben von außen unter Ausbildung einer inneren elastischen Gegenkraft (49) angeordnet ist.
Gesamtverbundwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die flexible Matrize (47) als ein den Wandteil des Hohlkörpers (65) seitlich abstützen könnender Ring (48) ausgebildet ist, dessen Innenkontur ähnlich der Endkontur (52) des Hohlkörpers (65) in diesem Bereich gestaltet ist und in dem ein Teil des eine Endkontur des Hohlteils (65) vermittelnden Ziehstempels (32) aufnehmbar ist.